[發明專利]一種翼型風帆

在審

• 申請號: 202011133066.X
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112124547A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 陳紀軍;李永成;司朝善;潘子英;李明政;姚木林
• 申請（專利權）人: 中國船舶科學研究中心
• 主分類號: B63H9/06
• 分類號: B63H9/06;B63H9/067
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 李珍;聶啟新

本發明涉及風帆技術領域，尤其是一種翼型風帆，包括風帆本體，風帆本體的上端和下端分別安裝有水平的端板，端板的四周邊緣懸伸在風帆本體的端面之外；或者包括風帆本體，風帆本體為曲面狀，風帆本體自上而下向風帆本體的一側扭曲；或者包括風帆本體，風帆本體的上端和下端分別安裝有水平的端板，端板的四周邊緣懸伸在風帆本體的端面之外，風帆本體為曲面狀，風帆本體自上而下向風帆本體的一側扭曲。扭曲設計可使得不同高度處的翼型風帆剖面達到最佳的氣流攻角，最大限度提高風帆的助推效果，端板有效抑制了風帆本體端部風流動分離，可有效提高上端、下端部的氣動特性，并使得風帆整體的助推效果得到進一步的提高。

技術領域

本發明涉及風帆技術領域，尤其是一種翼型風帆。

背景技術

風能是一種安全、清潔的自然資源，船用翼型風帆是將風能直接轉化為船舶輔助動力的綠色節能裝置，其助推原理是利用風帆在氣流攻角下產生的氣動力在船舶前進方向上產生的推力分量實現助推的。因此，翼型風帆的設計、開發是船用風帆助推技術研究的重要方向之一。

船用翼型風帆剖面類型多樣，有橢圓弧形、翼型等，均可利用氣流攻角實現水中航行船舶的助推。實質上，由于水面的存在，海上的風都是梯度風，即風速在垂向高度上是自海平面向上是不斷增大的。當船舶在此類環境中以一定航速航行時，根據速度三角形法則，船舶甲板面以上不同高度處的相對風速及相對風向是不同的。在此條件下，對于加裝的傳統船用翼型風帆(垂向最大高度往往超過30m-50m)，不同高度處的風帆剖面氣流攻角是不同的。以船舶在設計吃水狀態航速12kn航行，并受側風(絕對風向角90°，海平面以上10m高度處風速U₁₀＝10m/s)為例，風帆最下沿及最上沿的相對風向角偏差超過了5°，由此必然不能同時使得不同高度處的風帆剖面氣動力特性(升力特性、推力特性)達到最佳，同時因失速影響，有些高度剖面甚至氣動力特性大幅下降，與之對應的，也必然不能發揮不同高度處風帆剖面的最大助推效果。

發明內容

本申請人針對上述現有生產技術中的缺點，提供一種翼型風帆，可使得不同高度處的風帆剖面都能夠獲得最佳的氣流攻角，從而充分發揮垂向不同高度的風帆剖面助推效果，并實現風帆整體在來風條件下的高效助推，降低船舶推進主機的輸出功率及燃油消耗、溫室氣體減排，提高風帆經濟性、環保性及工程應用價值。

本發明所采用的技術方案如下：一種翼型風帆，包括風帆本體，風帆本體的上端和下端分別安裝有水平的端板，端板的四周邊緣懸伸在風帆本體的端面之外。

一種翼型風帆，包括風帆本體，風帆本體為曲面狀，風帆本體自上而下向風帆本體的一側扭曲。

一種翼型風帆，包括風帆本體，風帆本體的上端和下端分別安裝有水平的端板，端板的四周邊緣懸伸在風帆本體的端面之外，風帆本體為曲面狀，風帆本體自上而下向風帆本體的一側扭曲。

作為上述技術方案的進一步改進：

所述風帆本體的水平橫截面為翼型。

所述風帆本體的水平橫截面為U型，U型的兩側壁的厚度小于兩側壁之間相連的連接臂的厚度。

各垂向高度處的的翼型風帆剖面扭曲角度確定方法：

假定船舶營運航線所歷經的大氣風剖面滿足1/8指數律分布，則不同垂向高度處的風速可按如下確定：

式中，z為距離海平面的垂向高度值，U₁₀為距離海平面垂向高度為10m處的風速，U_Z為距離海平面垂向高度為z處的風速。